Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронное обучение физике (исторические и терминологические аспекты). Монография
.pdf
ГЛАВА 3. АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
лагают для лабораторий физики перенасыщенные комплекты. Например, в составе портативной информационно-измерительной системы,
производимой израильской фирмой Fourier system, Inc, имеется датчик
цветности. Он предназначен для определения концентрации растворов
по степени их окрашивания. В учебном физическом эксперименте этот
датчик вряд ли найдет применение.
Особое внимание следует обращать на погрешности измерений фи-
зических величин. Встречаются
случаи, что указанные в инструкциях
на систему данные не отвечают действительности. Для проведения
учебной экспериментально-исследовательской деятельности студентов требуются приборы с погрешностью не более 5%.
Наконец, следует обращать внимание на представление информации о результатах измерений и программные возможности их дальнейшей обработки. Обратите внимание, все ли физические величины
отображаются
на экране в шкалах, соответствующих международной
системе СИ [24, 54, 130].
Перспективы развития компьютеризированного физического учебного эксперимента связаны, в первую очередь, с повышением его доступности для всех участников учебного процесса. Особенно важен
этот факт для дистанционной формы обучения. Обучение физике в домашних условиях серьезно снижает возможности обучающегося по
проведению эксперимента, вследствие
отсутствия необходимого оборудования. Однако уже сейчас эта проблема активно решается с помощью нового поколения мобильных компьютеров, представленного
смартфонами. Современный смартфон (например, семейства HTC
One) содержит в себе набор устройств, способных измерять ускорение,
угловую скорость, индукцию магнитного поля, освещенность, расстояние, уровень шума. В ближайшем будущем набор величин, наверняка,
будет расширяться
. Тот факт, что приобретение подобного смартфона
сегодня не является сверхдорогой покупкой, говорит о том, что в скором времени методика обучения физике должна быть пересмотрена
с учетом новых возможностей. В Интернете уже активно обсуждается
и накапливается опыт учителей физики, экспериментирующих с применением данных устройств в обучении (https://edugalaxy.intel.ru/?au
tomodule=blog&blogid=7580&showentry=4765). Разработаны мобильные
приложения, позволяющие школьникам с интересом заниматься
исследованием окружающего мира (Smart Tools, Sensor Kinetics).
Завершая описание комплекса аппаратных средств электронного
обучения физике, подчеркнем, что в его основе лежит принцип вариа-
51
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
тивности, позволяющий изменять составы модулей в зависимости от
условий конкретного образовательного процесса и методик используемых в нем.
Если взглянуть на процесс организации и проектирования электронного обучения, то сначала определяются основные задачи обучения, его масштабность, потом для их решения подбираются электронные образовательные ресурсы и другие программные средства,
а
затем строится аппаратная платформа. Таким образом, несмотря на
то, что аппаратный комплекс является, на первый взгляд, более фундаментальным, нюансы его проектирования должны определяться на
последнем этапе.
ГЛАВА 4.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС
ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
Рассмотрим модель программного комплекса электронного обучения физике. Как и в случае с аппаратным комплексом, он имеет
клиент-серверную архитектуру, и большая часть его модулей являются вариативными, т. е. их наличие обусловлено задачами обучения. В некоторых частных случаях комплекс может потерять клиент-серверную парадигму, например, если электронное обучение
организовано как работа обучающегося с электронным ресурсом на
CD-диске и ничего более.
Программный комплекс электронного обучения физике представлен в нашей модели двумя блоками: системное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение.
Под системным программным обеспечением понимают программы, которые служат для непосредственного управления аппаратными средствами компьютера, обеспечивают их
кладными программами – программами, с которыми непосредственно работает пользователь, а также обеспечивают работу прикладных
программ (на более низком уровне) [153]. Поскольку участникам
образовательного процесса предстоит работать с прикладными приложениями, то при проектировании программного комплекса следует
отталкиваться от состава прикладного блока, а затем уже настраивать
системный блок, обеспечивающий
кладных программ.
Блок системного программного обеспечения (ПО) в представленной нами модели включает: операционную систему, драйверы аппаратного обеспечения, программные платформы и языковые интерпретаторы, системы управления базами данных (СУБД) и службы каталогов, веб-серверы и серверы систем обеспечения коммуникаций.
Блок прикладного программного обеспечения включает: систему
управления обучением и учебным контентом, служебное ПО (веббраузер, клиент электронной почты, клиент сервиса мгновенных сообщений, клиент сервиса аудио-, видео- и конференц-связи, приложения для выполнения расчетов и т. п.), инструментальное ПО (текстовый, графический, видео- и аудиоредактор, редактор презентаций,
стабильную работу комплекса при-
взаимодействие с при-
53
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
приложения для разработки пакетов учебного контента, физических
моделей и т. п.), специализированное ПО для работы с аппаратными
средствами (приложения для работы с интерактивной доской, планшетом, системами опроса, информационно-измерительными системами)
и электронные образовательные ресурсы (учебные курсы, презентации, тесты, компьютерные модели физических явлений, виртуальные
лаборатории и т. п.).
Разберем подробнее каждый из модулей представленной модели
и его значение в составе комплекса.
Фундаментальным модулем программного комплекса является опе-
рационная система. Это комплекс программ, обеспечивающий взаимодействие прикладных приложений с аппаратным комплексом, а также эффективное распределение вычислительных ресурсов компьютера [154, 155]. Операционная система в обязательном порядке должна
быть установлена как на
54
сервере, так и на компьютерах участников
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
образовательного процесса, в том числе на мобильных компьютерах
(планшетах, смартфонах). Остальные модули системного комплекса
являются вариативными: потребность в их установке зависит от состава прикладного блока, а также аппаратного комплекса (драйверы).
Наиболее распространенными операционными системами являются ОС Windows, Linux, FreeBSD (часто используется в качестве серверной ОС), Apple Mac OS. Для мобильных компьютеров распространены
ОС Android и Apple iOS. В большинстве случаев операционная
система поставляется вместе с компьютером. В обязательном порядке – с мобильными компьютерами. На традиционных компьютерах
переустановка операционной системы не является сверхсложной задачей. Также возможна установка нескольких операционных систем на
один компьютер. В этом случае пользователь выбирает нужную систему при загрузке компьютера.
От операционной
системы часто зависит набор прикладных приложений, которые будут использоваться, так как каждая операционная система имеет свой «язык» для взаимодействия с приложениями.
Одна из задач разработчика – сделать кроссплатформенное приложение, т. е. приложение, которое может быть установлено на различные
операционные системы при сохранении своего функционала. Хотя
сегодня таких приложений
появляется все больше, для многих из них
стабильная работа все-таки имеет приоритет для той или иной операционной системы. Поэтому перед выбором операционных систем
для программного комплекса электронного обучения следует определиться с конкретным составом остального программного обеспечения, которое будет использоваться, а также соотнести его с аппаратным комплексом
, убедиться в наличии драйверов аппаратных
устройств для выбранной ОС.
Для работы аппаратного обеспечения необходимы драйверы –
программы, являющиеся связующим звеном между аппаратными
устройствами и операционной системой компьютера. Сегодня стандартный набор драйверов обычно идет в комплекте с операционной
системой, что позволяет начать работу с большинством устройств сразу после их подключения
к компьютеру. Однако установка драйвера от
разработчика является более желательной, так как работа устройства
в этом случае будет более эффективной и стабильной, а также будут
использоваться нестандартные функции устройства (если они имеются – например, специальные клавиши). Если вы приобретаете специализированное оборудование, например, интерактивную доску или
55
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
информационно-измерительную систему, то для обеспечения работы
таких устройств необходимо установить драйвер от производителя.
Как правило, он прилагается к устройству на CD-диске, в комплекте с прикладным программным обеспечением, а последнюю версию
драйвера можно бесплатно скачать на сайте производителя.
Многие современные прикладные программы разрабатываются
с помощью интерпретируемых языков программирования (например,
PHP)
или с помощью специальных программных платформ (.NET
Framework, Java EE и др.). Для исполнения таких программ требуется
предварительная установка соответствующих программных плат-
форм и языковых интерпретаторов. Обычно программа-установ-
щик (инсталлятор) заранее предупреждает об этом пользователя и не
позволяет выполнить установку приложения. Для веб-приложений
платформа (интерпретатор) устанавливается на сервере, для локально используемых
программ – на компьютере пользователя. Программную платформу, ту ее часть, которая требуется для исполнения, но не
для разработки, так же, как и интерпретатор языка, можно бесплатно
скачать с сайта разработчика. Подчеркнем, что установка платформы
требуется только в случае необходимости, когда без нее не может работать нужное приложение. То же касается
и остальных модулей блока
системного ПО.
Веб-сервер – это служебное программное обеспечение, устанавливаемое обычно на серверном компьютере и обрабатывающее запросы
прикладных программ, таких как веб-браузер. Программа (веб-браузер) передает серверу запрос на получение ресурса, например, вебстраницы, по URL-адресу (Uniform Resource Locator – определитель
местонахождения ресурса в сети). Обмен ресурсами происходит
по
протоколу HTTP (HyperText Transfer Protocol – протокол передачи
гипертекста). Если при электронном обучении будут создаваться вебсайты, то программный комплекс должен обязательно включать вебсервер. Наиболее распространенным ПО для функционирования вебсервера являются: Apache, Microsoft IIS и nginx.
К системам обеспечения коммуникаций относятся: сервер
электронной почты, сервер служб обмена мгновенными сообщениями, сервер служб обеспечения аудио- и видеосвязи, конференцсвя
зи. Эти программы обеспечивают пересылку файлов, текстовой,
графической, аудио- и видеоинформации от одного пользователя
к другому. Сами пользователи при этом работают с прикладными
программами-клиентами: электронной почты (Outlook, Thunderbird
-
56
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
и др.), мессенджерами (QIP, Pidgin и др.), веб-клиентами систем
конференцсвязи.
Системы управления базами данных ( СУБД) в свете определения
электронного обучения, данного в законе об образовании и подробно разобранного нами в первой главе, приобретают для него важный
смысл. Они используются для хранения, упорядочивания и получения
доступа к информации об электронных образовательных ресурсах
, информации об участниках образовательного процесса, их достижениях
и т. п. Службы каталогов используются для централизованного хранения логинов, паролей и другой информации о пользователях, обеспечения единообразия доступа пользователей к различным информационным системам и сетевым ресурсам. К наиболее популярным
СУБД относятся: Microsoft SQL Server, PostgreSQL, MySQL, Oracle
Database. Службы каталогов: Microsoft Active Directory, OpenLDAP.
Перейдем к рассмотрению прикладного программного
обеспечения.
К прикладному служебному программному обеспечению для
электронного обучения физике мы отнесли программы-помощники,
которые сами по себе не несут обучающего потенциала, однако необходимы. Они обеспечивают участникам образовательного процесса
получение информации из сети, доступ к информационным ресурсам,
коммуникацию, работу с различными веб-приложениями, оказывают
помощь в проведении математических расчетов.
Наиболее важной служебной программой для электронного обучения является веб-браузер. Это программа, позволяющая просматривать содержимое Интернета, представленное в сети. Совершенствование браузеров происходит сегодня так же быстро, как и развитие Интернета в целом. Современные браузеры позволяют не только
с удобством перемещаться по страницам сайтов, с учетом истории по
сещений, но и делать закладки, открывать множество вкладок в одном
окне, изменять масштаб страницы, использовать большое количество
специальных надстроек (например, для просмотра файлов различных
форматов внутри браузера, оперативного снятия скриншотов страницы, подключения дополнительных панелей инструментов и т. п.).
Большинство браузеров распространяются бесплатно и, как минимум,
один установлен по умолчанию
вместе с операционной системой. Также можно установить в систему дополнительные браузеры и пользоваться наиболее удобным.
Наиболее популярными браузерами являются на сегодняшний день
Mozilla Firefox, Opera, Internet Explorer, Google Chrome, Safari.
-
57
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
С помощью веб-браузера пользователи просматривают веб-сайты.
Веб-сайт (web – паутина, site – место) – это комплекс информации,
размещенной в сети, доступ к которой осуществляется через единое
доменное имя (например, mpgu.edu). Пользователь видит сайты как
набор веб-страниц, объединенных единой навигационной структурой
и дизайном.
На заре истории развития Интернета сайты в сети находились в том
же виде, в каком отображались пользователю – в виде файлов формата
HTML (текст со специальной разметкой, определяющей его оформление), с внедрением файлов изображений и гиперссылками на другие
файлы. Такие сайты получили название статических.
Большинство современных веб-сайтов являются динамическими.
Страницы динамических сайтов генерируются согласно алгоритму,
заложенному в программном ядре сайта, при
этом содержание сайта
в общем случае берется из базы данных, а стилевое оформление сайта
из специальных файлов стилей. Благодаря такому разделению редактирование сайтов значительно упрощается и распределяется между
узкими специалистами. Благодаря тому, что содержание динамических сайтов находится в структурированной базе данных – его гораздо
проще хранить, обрабатывать и использовать
в других местах. База
данных хранит не только содержание сайта, но и правила, по которым
работают элементы сайта, благодаря чему редактирование динамических сайтов становится доступным и для людей, незнакомых с вебпрограммированием.
С помощью веб-браузера, в частности, обучающий и обучаемый
(также это может быть администрация образовательной организации,
родители
учащихся, потенциальные работодатели) получают доступ
к системе управления обучением и учебным контентом. Этот модуль программного комплекса в наибольшей степени отвечает за реализацию электронного обучения.
Система управления обучением (Learning Management System –
LMS) и учебным контентом – это сетевая платформа, которая позволяет:
• регистрировать пользователей и вести учет их деятельности;
• размещать интерактивный учебный материал различных
форматов;
• разграничивать доступ пользователей к учебному материалу;
• осуществлять контроль за ходом изучения материала и выполнения заданий;
• организовывать взаимодействие участников учебного процесса раз-
личными средствами.
58
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
В России в основном используются следующие системы управле-
ния обучением:
• Moodle (http://moodle.org/).
• Прометей (http://www.prometeus.ru/).
• WebTutor (http://www.websoft.ru/db/wb/root_id/webtutor/doc.html).
На платформе LMS может быть создана система дистанционного
обучения (СДО). Часто понятия LMS, СДО, ВОС (виртуальная обучающая среда) употребляются как синонимы, однако на самом деле LMS
является более широким понятием, так как применяется не только
в дистанционном, но и в
очном обучении.
Наиболее популярной системой управления обучением является
Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment – Модульная объектно-ориентированная динамическая среда обучения).
Программная платформа Moodle является системой управления обучением и относится к свободному программному обеспечению, т. е.
распространяется бесплатно и с открытым исходным программным
кодом. Скачать Moodle, пакет перевода на русский язык, а также дополнения и темы
оформления к нему можно с официального сайта
проекта moodle.org. Для установки Moodle понадобится веб-сервер
и система управления базами данных.
Поскольку для конечного пользователя Moodle представляет собой веб-сайт, то для работы с ним достаточно наличие веб-браузера
(программы для отображения HTML-страниц). Если работа осуществляется на мобильном устройстве под управлением Android,
iOS и
пр., то можно воспользоваться специально разработанным
приложением.
Cоздание LMS Moodle началось в конце 90-х гг. Ее автор – австра-
лиец Мартин Дугиамас (Martin Dougiamas) – специалист в области
компьютерных наук и образования, защитивший докторскую диссертацию по проблематике использования свободного программного
обеспечения в интернет-обучении («The use of Open Source software
to support a social constructionist epistemology of teaching and learning
within Internet-based communities of refl ective inquiry»). Moodle стала
практическим результатом его исследований, которые продолжаются
по сей
день.
Первая версия Moodle была выпущена в 2002 г. С тех пор работа по совершенствованию системы ведется постоянно, в ней задействованы программисты со всего мира. Существуют также сетевые
сообщества пользователей, в том числе и русскоязычное сообщество
59
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
(http://moodle.org/course/view.php?id=25), где обсуждаются вопросы
внедрения и использования системы.
Версия Moodle 2.0 была представлена в конце 2010 г. и, помимо
множества нововведений, привела уже несколько устаревшее ядро
системы к современным стандартам Интернета. На текущий момент
последняя версия – Moodle 2.6.
Учебный материал в системе может быть представлен ресурсами
(веб-страницами, файлами, гиперссылками) и деятельностными элементами (заданиями, тестами
, форумами и т. д.), структурированными
в курсах, которые, в свою очередь, объединяются в категории [133].
Основным наполнением систем управления обучением являются
электронные образовательные ресурсы (ЭОР). О них мы подробнее
поговорим в следующей главе. Некоторые LMS позволяют создавать
ЭОР непосредственно в системе. Но чаще для этого используется ин-
струментальное программное обеспечение.
Основная задача
инструментального ПО в электронном обучении –
помощь педагогам и дизайнерам в разработке электронных образовательных ресурсов. При этом можно условно выделить два уровня
инструментального ПО:
Для создания и изменения отдельных информационных компонен-
тов (медиакомпонентов) ЭОР.
1. Для создания мультимедийных и интерактивных ЭОР.
2. К первому уровню инструментального ПО относятся:
• редакторы текста (блокнот, notepad++, Microsoft Word, LibreOffice
Writer и т. п.);
• редакторы растровых и векторных изображений, диаграмм, ментальных карт (Adobe Photoshop, Gimp, Corel Draw, Inkscape, LibreOffice Draw, Freeplane, Lucidchart и т. п.);
• редакторы аудио (Adobe Audition, Sound Forge, Audacity и т. п.);
• редакторы видео (Adobe Premiere, Sony Vegas, Camtasia Studio,
Windows Movie Maker, Avidemux, VirtualDub, Kdenlive и т. п.);
• редакторы трехмерной графики (программные пакеты Autodesk,
Blender и т. п.).
В последнее время появилось множество простых онлайн-редакторов, например, веб-приложение wevideo (http://www.wevideo.com) позволяет
производить захват видео с веб-камеры, а затем редактировать
его и публиковать в сети. Подобные веб-инструменты, конечно, пока
еще намного «слабее» мощных локальных приложений, но они значительно упрощают работу педагога – разработчика электронных обра-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]